JP3762206B2

JP3762206B2 - 超微細気泡発生装置

Info

Publication number: JP3762206B2
Application number: JP2000277722A
Authority: JP
Inventors: 橋賢高
Original assignee: 株式会社アスプ
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: TW499552B; JP2002085949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超微細気泡を発生する超微細気泡発生装置に係り、特に白濁した超微細気泡風呂に適用するのに好適な超微細気泡発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スーパー銭湯やクアハウス等の温浴施設の温浴装置には、気泡浴（バイブラバス），圧注浴（ジェットバス・超音波バス）が利用されており、これらは、浴中に空気を放出して入浴することから泡風呂と称されている。そして、この泡風呂は泡の大きさによって区分され、気泡浴の泡の直径は約２〜１０ｍｍ，圧注浴の泡の直径は０．２〜２ｍｍである。
【０００３】
ところで泡は、温浴中にて無数の移動運動をし、その過程で泡の破裂・結合・分離を繰返し、その際に音波を発振させる。発振させる音波の周波数は、泡の直径が大きければ大きい程低い周波数となり、逆に泡の直径が小さければ小さい程高い周波数となる。
【０００４】
温浴中に泡により発振された音波は、乳化・洗浄・温熱作用を入浴中の人体に及ぼすことになるが、この作用は、発振音波の周波数の影響を受け、周波数が高くなる程強力となる。このため、できる限り小さな直径の気泡を発生させることができる気泡発生装置の開発が求められている。
【０００５】
図７は、このような目的で開発された従来の気泡発生装置を示すもので、この装置は、超高圧ポンプ１，エアコンプレッサ２，エア抜弁４を有する圧力タンク３および減圧弁５を備えており、超高圧ポンプ１の起動により吸込口６から吸引された浴槽７内の水は、エアコンプレッサ２からの高圧空気とともに圧力タンク３内に供給されるようになっている。この圧力タンク３内では、空気が水に過飽和で溶解した気液混合体となっており、この気液混合体は、減圧弁５および吐出口８を介し浴槽７内に吐出される。そして、常圧下での解放により、過飽和で溶解していた空気が微細気泡として浴槽７に放出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の気泡発生装置においては、超高圧ポンプ１，エアコンプレッサ２および圧力タンク３等の大型で取扱いに注意を要する機器を必要とするため、作業に熟練を要するとともに、安全を確保するための設備も必要とし、また発生する気泡が直径約３μｍ程度で、それ以上小さな泡を発生させることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、取扱いが容易で安全性が高く、しかも約３μｍ以下の小さな泡を連続して発生させることができる超微細気泡発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、安定した気液混合体を連続して生成することができる超微細気泡発生装置を提供するにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、簡単な構造で故障が少なく、しかも低圧で超微細気泡を安定して生成することができる超微細気泡発生装置を提供するにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、超微細気泡の生成をより安定させることができる超微細気泡発生装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、下流端近傍に気体導入部を有する液体配管と、液体配管の下流端に取付けられ駆動時の負圧を利用して前記気体導入部から気体を導入し気液混合体を生成するポンプと、ポンプの出側に配設されポンプで生成された気液混合体を攪拌混合して超微細気泡を有する気液混合体を生成する静止型ミキサと、前記静止型ミキサの出側に接続された出側配管と、前記出側配管の下流端に配設され浴槽に取り付けられた吐出ノズルと、前記吐出ノズルの開度を調節する操作ハンドルとを設けるようにしたことを特徴とする。そして、ポンプで気液混合体を生成するとともに、この気液混合体をさらに静止型ミキサで攪拌混合して超微細化気液混合体を生成し、これを操作ハンドルにより出側配管内の圧力を調整するために開度を調節された吐出ノズルに送り、超微細化気液混合体を高圧下の出側配管内で圧縮された状態におき、吐出ノズルから浴槽内に吐出するようにしているので、浴槽内で約３μｍ以下の超微細気泡を連続して安定的に発生させることが可能となる。しかも、装置がポンプ、静止型ミキサ、出側配管および吐出ノズルを主体とする簡単な構造であるので、取扱いが容易で安全性も高い。
【００１３】
本発明はまた、静止型ミキサを、上流側のスクリュー部と、下流側のカッタ部とで構成し、前記スクリュー部を、筒状の本体と、本体の中心部に配された仕切棒と、本体と仕切棒との間の環状流路内に配された螺旋羽根とで構成するとともに、前記カッタ部を、筒状の本体と、本体の内周面に中心に向かって突設された複数の突起とで構成するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、ポンプからの気液混合体は、スクリュー部を通過する間に、旋回力と遠心力とが与えられ、加速された旋回流となってカッタ部に送り込まれる。この旋回流は、各突起に衝突する都度気泡が分断，微細化され、低圧で超微細気泡を安定に生成することが可能となる。しかも、構造が簡単で故障も少なく、メンテナンスが容易である。
【００１４】
本発明はまた、突起を、軸部と軸部の突出先端部に設けられ概略茸形の半球状をなす頭部とで構成するようにしたことを特徴とする。ところで、スクリュー部からの旋回流は、外径側が含有する気泡が少ない気液混合体で、中心側が含有気泡の量が多い気液混合体となる多層状旋回流である。このため、軸部の突出先端に頭部があることで、気泡がより効果的に分断，微細化され、超微細気泡の生成をより安定させることが可能となる。
【００１６】
【発明実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に係る超微細気泡発生装置を示すもので、この超微細気泡発生装置１１は、気液混合体を生成するポンプ１２と、ポンプ１２からの気泡混合体を攪拌混合して超微細気泡を発生する気液混合体を生成する静止型ミキサ１３とを備えており、前記ポンプ１２の入側には、下流端近傍に空気導入口１４を有する液体配管１５を介し、浴槽１６内の浴槽水１７が吸入口１８から供給されるようになっているとともに、前記静止型ミキサ１３で生成された気液混合体は、出側配管２０内で圧縮された状態で下流端の吐出ノズル１９に送られ、吐出ノズル１９から吐出されることにより前記浴槽１６内で超微細気泡を発生させるようになっている。
【００１７】
ポンプ１２は、例えば図２に示すように、うず形状のケーシング２１ａと、このケーシング２１内で回転するインペラ２１ｂとからなるうず巻ポンプ２１で構成されており、このうず巻ポンプ２１は、インペラ２１ｂの回転に伴なう負圧により空気導入口１４から空気２２を吸引し、浴槽水１７と空気２２との気液混合体２３を生成する。
【００１８】
すなわち、空気導入口１４は、その基端が液体配管１５の略中心位置まで挿入されており、空気２２は、うず巻ポンプ２１の起動に伴なう負圧により、液体配管１５のほぼ中心位置に外部から吸引、放出されるようになっている。そして、うず巻ポンプ２１で生成された気液混合体２３は、連絡管２４を介し、静止型ミキサ１３に送られる。
【００１９】
この静止型ミキサ１３は、図３に示すように、上流側のスクリュー部２５と下流側のカッタ部２６とで構成され、うず巻ポンプ２１からの気液混合体２３は、前記スクリュー部２５で旋回力と遠心力とが付与されるとともに、カッタ部２６で気液混合体２３中の気泡の分断、微細化が行なわれ、最終的には、直径が０．５〜３μｍ程度の小さな気泡を含有する超微細化気液混合体２７として、出側配管２０に送出される。
【００２０】
スクリュー部２５は、図３に対するように、円筒状の本体２８と、この本体２８の中心部に配された仕切棒２９と、本体２８と仕切棒２９との間の環状流路内に配された螺旋羽根３０とで構成され、前記環状流路内を流れる気液混合体２３は、螺旋羽根３０により回転力と強い捻りとを受け、加速された旋回流となってカッタ部２６に送られる。
【００２１】
カッタ部２６は、図３および図４に示すように、前記スクリュー部２５の本体２８と同径の円筒状をなす本体３１と、この本体３１の内周面に、中心に向かって突設された複数の突起３２とで構成され、各突起３２は、本体３１の内周面から突出する軸部３２ａと、軸部３２ａの突出先端部に設けられ概略茸形の半球状をなす頭部３２ｂとで構成されている。そして、軸部３２ａの突出先端部に頭部３２ｂを設けることにより、後述するようにキャビテーションを利用して大量の超微細化気液混合体を生成できる。
【００２２】
一方、吐出ノズル１９は、図５に示すように、浴槽１６の底部に取付けられ、浴槽１６側に開口するケース３３を備えている。このケース３３内には出側配管２０の下流端に連設される弁座３４が固設され、この弁座３４には、図５および図６に示すように、弁体３５が軸方向に移動して着離座するようになっている。すなわち弁座３４には、支持部材３６が取付けられ、この支持部材３６に形成した雌ねじ部３６ａには、操作ロッド３７に形成した雄ねじ部３７ａが螺装され、この操作ロッド３７の一端部には、弁体３５が回転可能に取付けられているとともに、操作ロッド３７の他端部には、操作ハンドル３８が固設されている。そして、この操作ハンド３８を把持して操作ロッド３７を正逆回転させることにより、弁座３４を弁体３５との間の問隙が調節され、吐出ノズル１９の開度を制御することができる。
【００２３】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
うず巻ポンプ２１を起動すると、ケーシング２１ａ内でインペラ２１ｂが回転し、うず巻ポンプ２１の入側が負圧となる。このため、浴槽１６内の浴槽水１７が、液体配管１５を介してうず巻ポンプ２１に供給され、これと同時に、空気２２が空気導入口１４を介し吸引され、浴槽水１７とともにうず巻ポンプ２１に供給される。そして、うず巻ポンプ２１内において、浴槽水１７と空気２２が攪拌混合されて気液混合体２３が生成される。
【００２４】
ところで、うず巻ポンプ２１は、ケーシング２１ａ内でインペラ２１ｂが回転する構造となっているので、気液混合体２３中の空気２２が、インペラ２１ｂにより切断、細分化されることになる。このため、他の構造のポンプと異なり、０．１〜０．５ｍｍ程度の微細気泡を有する気液混合体２３を得ることができる。
【００２５】
このようにして生成された気液混合体２３は、連絡管２４を介して静止型ミキサ１３に送られ、静止型ミキサ１３でさらに攪拌混合される。そして、これにより、０．５〜３μｍ程度の超微細気泡を有する超微細化気液混合体２７が生成される。
【００２６】
すなわち、連絡管２４からの気液混合体２３は、まずスクリュー部２５に導びかれる。このスクリュー部は、本体２８と仕切棒２９との間の環状流路内に螺旋羽根３０を配した構造となっているので、気液混合体２３が環状流路を通過する間に、気液混合体２３は、回転力と強い捻りとが付与されて、加速された旋回流となる。しかも、この旋回流は、遠心力の作用により、外径側が重い気液混合体２３（空気２２をほとんど含んでいない気液混合体２３）で、内経側が軽い気液混合体２３（空気２２を多量に含む気液混合体２３）となる、いわゆる多層状旋回流となる。
【００２７】
このため、カッタ部２６内での気液混合体２３は、図３および図４に対するように、軸心部に空気２２を多量に含む低在部３９があり、その外周側を、浴槽水１７と空気２２とが中程度に混合している流体４０と、空気２２をほとんど含んでいない流体４１とが高圧で旋回する、いわゆる同心円構造の多層状旋回流となる。そしてこれにより、流水の内部と外部との間に大量の乱流渦が発生することになる。
【００２８】
ところで、カッタ部２６の本体３１内周部には、突起３２が突設されているので、空気２２をほとんど含んでいない流水４１は、突起３２の軸部３２ａに衝突し、空気２２が微細気泡化する。
【００２９】
一方、浴槽水１７と空気２２とが中程度に混合している流体４０は、各突起３２の頭部３２ｂに衝突して飛散微粒子化し、キャビテーションが発生して大量の微細気泡が生成される。
【００３０】
また、カッタ部２６内を流れる多層状旋回流中の気泡の粒子は、本体３１の外経側に向かう遠心力と、本体３１の軸心側に向かう向心力とにより、密度の大きい微粒子は本体３１の外径側に向かうとともに、密度の小さい微粒子は本体３１の軸心側に向かうことになる。このため、これら微粒子同士が激しく衝突を繰返すことになり、カッタ部２６の下流端では、０．５〜３μｍ程度の超微細気泡を有する超微細化気泡混合体２７となる。なお、静止型ミキサ１３での攪拌混合時間は、約０．０４〜０．４秒間程度に設定されている。
【００３１】
このようにして生成された超微細化気泡混合体２７は出側配管２０に吐出され、出側配管２０内で圧縮された状態下におかれる。この出側配管内で圧縮状態下におかれた超微細化気泡混合体２７は、さらに吐出ノズル１９から浴槽１６内に吐出され、浴槽水１７と激しく衝突することにより、超微細化気泡混合体２７に含まれる０．１〜０．５ｍｍ程度の微細気泡は完全に粉砕され、浴槽水１７中で０．５〜３μｍ程度の超微細気泡が均一に発生する。この超微細気泡の発生により、浴槽１６内が吐出後約２〜３分間程度で白濁化することになる。
【００３２】
ところで、静止型ミキサ１３と浴槽１６とが離れていて出側配管２０が長くなった場合、出側配管２０内の圧力が大気圧であると、出側配管２０内で超微細化気液混合体２７中の微細化気泡が互いに結合し合い、大きな気泡となってしまうことがある。
【００３３】
ところが本実施の形態においては、出側配管２０の下流端に、開度調節可能な吐出ノズル１９が設けられているので、出側配管２０内の圧力が約２．５ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力に調整される。このため、超微細化気液混合体２７中の微細化気泡が、出側配管２０内で互いに結合し合うことがなく、超微細化された気泡のままで浴槽１６に吐出することができる。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、うず巻きポンプ２１と静止型ミキサ１３を組合わせて気液の攪拌混合を行なうことにより超微細化気液混合体２７を生成し、この超微細化気液混合体２７を出側配管２０内で圧縮された状態におき、約２．５ｋｇ／ｃｍ ^２程度の高い圧力の下で吐出ノズル１９から浴槽１６内に吐出し、浴槽水１７と衝突させて微細気泡を粉砕し、均一な超微細気泡を発生させることができる。そして、本実施の形態による装置は、構成が簡単で、しかも高圧を必要としないので、安全性が高い。
【００３５】
なお、前記実施の一形態においては、浴槽１６に適用する場合について説明したが、排水処理装置や炭酸ガス、オゾン等の混入装置等にも同様に適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、下流端近傍に気体導入部を有する液体配管と、液体配管の下流端に取付けられ駆動時の負圧を利用して前記気体導入部から気体を導入し気液混合体を生成するポンプと、ポンプの出側に配設されポンプで生成された気液混合体を攪拌混合して超微細気泡を有する気液混合体を生成する静止型ミキサと、前記静止型ミキサの出側に接続された出側配管と、前記出側配管の下流端に配設され浴槽に取り付けられた吐出ノズルと、前記吐出ノズルの開度を調節する操作ハンドルとを設けるようにしたことを特徴とする。そして、ポンプで気液混合体を生成するとともに、この気液混合体をさらに静止型ミキサで攪拌混合して超微細化気液混合体を生成し、これを操作ハンドルにより出側配管内の圧力を調整するために開度を調節された吐出ノズルに送り、超微細化気液混合体を高圧下の出側配管内で圧縮された状態におき、吐出ノズルから浴槽内に吐出するようにしているので、浴槽内で約３μｍ以下の超微細気泡を安定的に連続して発生させることが可能となる。しかも、装置がポンプ、静止型ミキサ、出側配管および吐出ノズルを主体とする簡単な構造であるので、取扱いが容易で安全性も高い。
【００３７】
本発明はまた、ポンプを、うず形状のケーシングと、ケーシング内で回転するインペラとを有するうず巻ポンプで構成するようにしているので、気液混合体中の気体が、回転するインペラの羽根で切断、細分化され、０．１〜０．５ｍｍ程度の細分化気泡を有する気液混合体を、連続して安定に得ることができる。このため、静止型ミキサで得られる気泡の大きさを、より小さくすることができる。
【００３８】
本発明はまた、静止型ミキサを、上流側のスクリュー部と、下流側のカッタ部とで構成し、前記スクリュー部を、筒状の本体と、本体の中心部に配された仕切棒と、本体と仕切棒との間の環状流路内に配された螺旋羽根とで構成するとともに、前記カッタ部を、筒状の本体と、本体の内周面に中心に向かって突設された複数の突起とで構成するようにしているので、高い圧力を用いることなく超微細気泡を安定に生成することができる。しかも、構造が簡単で故障も少なく、メンテナンスが容易である。
【００３９】
本発明はまた、突起を、軸部と軸部の突出先端部に設けられ概略茸形の半球状となす頭部とで構成するようにしているので、気液混合体中の気泡がより効果的に分断、微細化され、０．５〜３μｍ程度の超微細気泡を安定的に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超微細気泡発生装置を示す全体構成図。
【図２】ポンプ周りの構成を示す断面図。
【図３】静止型ミキサの構成を示す説明図。
【図４】カッタ部における超微細気泡生成のメカニズムを示す説明図。
【図５】吐出ノズルの構成を示す断面図。
【図６】図５の要部拡大図。
【図７】従来の気泡発生装置を示す構成図。
【符号の説明】
１１超微細気泡発生装置
１２ポンプ
１３静止型ミキサ
１４空気導入口
１５液体配管
１６浴槽
１７浴槽水
１９吐出ノズル
２０出側配管
２１うず巻ポンプ
２１ａケーシング
２１ｂインペラ
２２空気
２３気液混合体
２４連絡管
２５スクリュー部
２６カッタ部
２７超微細化気液混合体
２８、３１本体
２９仕切棒
３０螺旋羽根
３２突起
３２ａ軸部
３２ｂ頭部
３３ケース
３４弁座
３５弁体
３６支持部材
３７操作ロッド
３８操作ハンドル

Claims

下流端近傍に気体導入部を有する液体配管と、液体配管の下流端に取付けられ駆動時の負圧を利用して前記気体導入部から気体を導入し気液混合体を生成するポンプと、ポンプの出側に配設されポンプで生成された気液混合体を攪拌混合して超微細気泡を有する気液混合体を生成する静止型ミキサと、前記静止型ミキサの出側に接続された出側配管と、前記出側配管の下流端に配設され浴槽に取り付けられた吐出ノズルと、前記吐出ノズルの開度を調節する操作ハンドルと、を具備することを特徴とする超微細気泡発生装置。
静止型ミキサは、上流側のスクリュー部と、下流側のカッタ部とを備え、前記スクリュー部は、筒状の本体と、本体の中心部に配された仕切棒と、本体と仕切棒との間の環状流路内に配された螺旋羽根とを有し、前記カッタ部は、筒状の本体と、本体の内周面に中心に向かって突設された複数の突起とを有していることを特徴とする請求項１記載の超微細気泡発生装置。
突起は、軸部と軸部の突出先端部に設けられ概略茸形の半球状をなす頭部とを有していることを特徴とする請求項２記載の超微細気泡発生装置。